Pengertian KalorKalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor1. massa zat2. jenis zat (kalor jenis)3. perubahan suhuSehingga secara matematis dapat dirumuskan :Q = m.c.(t2 t1)Dimana :Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)m adalah massa benda (kg)c adalah kalor jenis (J/kgC)(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c)Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.H = Q/(t2-t1)Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.c = Q/m.(t2-t1)Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baruH = m.cAnalisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.

Keterangan :Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)Untuk mencoba kemampuan silakan kkerjakan latihan soal dengan cara klik disini.

Kapasitas kalorKapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya 1C.Rumus kapasitas kalor:

dengan syarat: = Kapasitas kalor (Joule/C)

Hubungan antara kalor dengan energi listrikKalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.W = QUntuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :W = P.tKeterangan :W adalah energi listrik (J)P adalah daya listrik (W)t adalah waktu yang diperlukan (s)Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 t1) maka diperoleh persamaan ;P.t = m.c.(t2 t1)Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.

Penerapan kalor di kehidupansehari-hari

TermosTermos berfungsi untuk menyimpan zat cair yang berada di dalamnya agar tetap panas dalam jangka waktu tertentu. Termos dibuat untuk mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi. Dinding termos dibuat sedemikian rupa, untuk menghambat perpindahan kalor pada termos, yaitu dengan cara: permukaan tabung kaca bagian dalam dibuat mengkilap dengan lapisan perak yang berfungsi mencegah perpindahan kalor secara radiasi dan memantulkan radiasi kembali ke dalam termos, dinding kaca sebagai konduktor yang jelek, tidak dapat memindahkan kalor secara konduksi, dan ruang hampa di antara dua dinding kaca, untuk mencegah kalor secara konduksi dan agar konveksi dengan udara luar tidak terjadi.

SetrikaSetrika terbuat dari logam yang bersifat konduktor yang dapat memindahkan kalor secara konduksi ke pakaian yang sedang diseterika. Adapun, pegangan seterika terbuat dari bahan yang bersifat isolator.

Panci MasakPanci masak terbuat dari bahan konduktor yang bagian luarnya mengkilap. Hal ini untuk mengurangi pancaran kalor. Adapun pegangan panci terbuat dari bahan yang bersifat isolator untuk menahan panas.

Menentukan kalor jenisRumus kalor =

Kalor jenis dilambangkan dengan . Untuk mencari nilai rumusnya adalah:

Contoh 1:Untuk menaikkan suhu 400 gram timah dari suhu 0 derajat Celcius ke suhu 50 derajat Celcius dibutuhkan kalor sebanyak 30.000 Joule. Berapakah kalor jenis timah tersebut?

PERPINDAHAN KALOR

Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

1. Konduksi Proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian zat itu disebut konduksi atau hantaran. Misalnya, salah satu ujung batang besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan terasa panas.Coba perhatikan gambar berikut:

Pada batang besi yang dipanaskan, kalor berpindah dari bagian yang panas ke bagian yang dingin. Jadi, syarat terjadinya konduksi kalor pada suatu zat adalah adanya perbedaan suhu. Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor, zat dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang mudah menghantarkan kalor (penghantar yang baik). Isolator adalah zat yang sulit menghantarkan kalor (penghantar yang buruk).

Benda yang terletak di sebelah kiri memiliki suhu yang lebih tinggi (T1) sedangkan benda yang terletak di sebelah kanan memiliki suhu yang lebih rendah (T2). Karena adanya perbedaan suhu (T1 T2), kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah (arah aliran kalor ke kanan). Benda yang dilewati kalor memiliki luas penampang (A) dan panjang (l).Berdasarkan hasil percobaan, kalor yang berpindah selama selang waktu tertentu (Q/t) berbanding lurus dengan perbedaan suhu (T1 T2), luas penampang (A), sifat suatu benda (k = konduktivitas termal) dan berbanding terbalik dengan panjang benda. Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T1 = suhu tinggi, T2 = suhu rendah, l = panjang benda.

Penerapan perpindahan kalor secara konduksiMengapa ubin terasa lebih sejuk daripada karpet ? Ubin memiliki konduktivitas termal yang lebih besar daripada karpet. Karenanya ubin merupakan penghantar kalor yang bagus, sedangkan karpet merupakan penghantar kalor yang buruk. Ketika kita menginjak karpet, kalor mengalir dari kaki menuju karpet. Hal ini terjadi karena suhu tubuh kita lebih tinggi dari suhu karpet. Karpet merupakan penghantar kalor yang buruk karenanya kalor yang mengalir dari kaki kita menumpuk di permukaan karpet sehingga karpet menjadi lebih hangat. Ketika kita menginjak ubin atau keramik, kalor mengalir dari kaki menuju ubin atau keramik. Karena ubin merupakan penghantar kalor yang baik maka kalor tidak tertahan di permukaan ubin. Kalor mengalir dengan lancar sehingga kaki kita terasa dingin. Jika rumahmu berada di daerah dingin, sebaiknya alasi lantai kamarmu dengan karpet agar tubuhmu tidak kehilangan kalor. Sebaliknya, jika rumahmu berada di daerah panas, sebaiknya jangan alasi lantai kamarmu dengan karpet karena bukan kesejukan yang dirimu rasakan tapi kegerahan JTidur di lantai rumah tanpa alas dapat menyebabkan sakit. Mengapa ? Hal ini disebabkan banyaknya kalor yang berpindah dari tubuh menuju lantai. Kalor adalah energi yang berpindah. Ketika tubuhmu kehilangan banyak kalor, maka energi di dalam tubuhmu berkurang. Jika kekurangan energi maka anda bisa sakit!Apa fungsi jendela dan pintu ? Mengapa pintu dan jendela sebaiknya terbuat dari kayu ? Pada malam hari, suhu udara di luar rumah lebih rendah daripada suhu udara di dalam rumah. Adanya perbedaan suhu udara ini menyebabkan kalor berpindah dari dalam rumah ke luar rumah. Karenanya, biasanya pada malam hari kita menutup pintu atau jendela. Selain bertujuan menghalau penjahat, salah satu fungsi jendela atau pintu adalah menahan kalor agar tidak keluar dari dalam rumah. Biasanya pintu atau jendela terbuat dari kayu. Konduktivitas termal kayu cukup kecil sehingga bisa berperan sebagai isolator termal. Fungsi lain dari jendela atau pintu adalah menahan udara. Udara yang terperangkap pada sisi dalam jendela atau pintu berfungsi sebagai isolator yang baik (penghambat kalor yang hendak kabur). Konduktivitas termal udara sangat kecil. Semakin kecil konduktivitas termal suatu benda, semakin sulit kalor berpindah secara konduksi melalui benda tersebut.Selain mempertahankan status kita sebagai manusia beradab dan normal , pakaian juga berfungsi untuk menjaga suhu tubuh kita agar tetap stabil. Pakaian yang kita gunakan biasanya disesuaikan dengan suhu udara. Ketika suhu udara cukup rendah, pakaian yang kita gunakan lebih tebal. Selimut atau pakaian yang tebal (jaket dll) membuat udara tidak bisa bergerak dengan lancar. Udara terperangkap di antara kulit dan jaket atau selimut. Karena terdapat perbedaan suhu antara tubuh kita dan udara yang terperangkap, maka kalor berpindah dari tubuh menuju udara tersebut. Adanya tambahan kalor dari tubuh menyebabkan suhu udara yang terperangkap meningkat (udara menjadi lebih hangat). Perhatikan tabel konduktivitas termal di atas. Nilai konduktivitas termal udara sangat kecil. Karenanya, kalor tidak bisa keluar dari tubuh. Suhu tubuh kita pun tetap terjaga. Apabila kita tidak menggunakan jaket pada saat udara cukup dingin, kalor keluar dari tubuh kita. Semakin banyak kalor yang keluar dari tubuh maka tubuh kehilangan banyak energi.

Perpindahan Kalor secara Konduksi

Cobalah membakar ujung besi dan ujung besi lainnya kamu pegang, setelah beberapa lama ternyata ujung besi yang kamu pegang lama kelamaan terasa semakin panas. Hal ini disebabkan adanya perpindahan kalor yang melalui besi. Peristiwa perpindahan dari ujung besi kalor yang dipanaskan ke ujung besi yang kamu pegang mirip dengan perpindahan buku yang kamu lakukan, di mana molekul-molekul besi yang menghantarkan kalor tidak ikut berpindah. Perpindahan kalor seperti ini dinamakan perpindahan kalor secara hantaran atau konduksi. Apakah setiap zat dapat menghantarkan kalor secara konduksi? Ambillah sepotong kayu, kemudian ujung yang satu dipanaskan sedang ujung kayu yang lainnya kamu pegang. Apakah ujung yang kamu pegang terasa panas? Ternyata tidak panas. Hal ini berarti bahwa pada kayu tidak terjadi perpindahan kalor secara konduksi.Bahan yang dapat menghantarkan kalor disebut konduktor kalor, misalnya besi, baja, tembaga, seng, dan aluminium (jenis logam). Adapun penghantar yang kurang baik/penghantar yang buruk disebut isolator kalor, misalnya kayu, kaca, wol, kertas, dan plastic (jenis bukan logam).

2. KonveksiProses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya disebut konveksi atau aliran. Konveksi dapat terjadi pada zat cair dan gas.a. Konveksi pada Zat CairSyarat terjadinya konveksi padaz at cair adalah adanya pemanasan. Hal ini disebabkan partikel-partikel zat cair ikut berpindah tempat.b. Konveksi pada GasKonveksi terjadi pula pada gas, misalnya udara. Seperti halnya pada air, rambatan (aliran) kalor dalam gas (udara) terjadi dengan cara konveksi. Beberapa peristiwa yang terjadi akibat adanya konveksi udara adalah sebagai berikut.1) Adanya angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari. Pada siang hari, daratan lebih cepat menjadi panas daripada lautan sehingga udara di daratan naik dan digantikan oleh udara dari lautan.2). Adanya angin darat, Angin darat terjadi pada malam hari. Pada malam hari, daratan lebih cepat menjadi dingin daripada lautan. Dengan demikian, udara di atas lautan naik dan digantikan oleh udara dari daratan.

3) Adanya sirkulasi udara pada ruang kamar di rurnah4) Adanya cerobong asap pabrik.

Perpindahan Kalor secara KonveksiPerpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat cair dan gas. Perpindahan kalor secara konveksi terjadi karena adanya perbedaan massa jenis dalam zat tersebut. Perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan partikel-partikel zatnya disebut konveksi/aliran. Selain perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat cair, ternyata konveksi juga dapat terjadi pada gas/udara. Peristiwa konveksi kalor melalui penghantar gas sama dengan konveksi kalor melalui penghantar air. Kegiatan tersebut juga dapat digunakan untuk menjelaskan prinsip terjadinya angin darat dan angin laut. Angin DaratAngin darat terjadi pada malam hari dan berhembus dari darat ke laut. Hal ini terjadi karena pada malam hari udara di atas laut lebih panas dari udara di atas darat, sehingga udara di atas laut naik diganti udara di atas darat. Maka terjadilah aliran udara dari darat ke laut. Angin darat dimanfaatkan oleh para nelayan menuju ke laut untuk menangkap ikan. Angin LautAngin laut terjadi pada siang hari dan berhembus dari laut ke darat. Hal ini terjadi karena pada siang hari udara di atas darat lebih panas dari udara di atas laut, sehingga udara di atas darat naik diganti udara di atas laut. Maka terjadilah aliran udara dari laut ke darat. Angin laut dimanfaatkan oleh nelayan untuk kembali ke darat atau pantai setelah menangkap ikan. Pemanfaatan konveksi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: pada sistem pendinginan mobil (radiator), pembuatan cerobong asap, dan lemari es.

3. RadiasiProses perpindahan kalor tanpa zat perantara disebut radiasi atau pancaran. Kalor diradiasikan dalam bentuk gelombang elektromagnetik, gelombang radio, atau gelombang cahaya. Misalnya, radiasi panas dari api Apabila kita berdiam di dekat api unggun, kita merasa hangat. Kemudian, jika kita memasang selembar tirai di antara api dan kita, radiasi kalor akan lerhalang oleh tirai itu. Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa:Kalor dari api unggun atau matahari dapat dihalangi oleh tabir sehingga kalor tidak dapat merambat. Ada beberapa benda yang dapat menyerap radiasi kalor atau menghalanginya. Alat yang digunakan untuk mengetahui atau menyelidiki adanya radiasi disebut termoskop, seperti yang tampak pada gambar berikut:

Dari hasil penyelidikan dengan menggunakan termoskop, kita dapat mengetahui bahwa: 1) Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap atau permancar radiasi kalor yang baik.2) Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap atau pemancar radiasi yang buiruk.

Perpindahan Kalor secara Radiasi

Bagaimanakah energi kalor matahari dapat sampai ke bumi? Telah kita ketahui bahwa antara matahari dengan bumi berupa ruang hampa udara, sehingga kalor dari matahari sampai ke bumi tanpa melalui zat perantara. Perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara atau medium ini disebut radiasi/hantaran. Contoh perpindahan kalor secara radiasi, misalnya pada waktu kita mengadakan kegiatan perkemahan, di malam hari yang dingin sering menyalakan api unggun. Saat kita berada di dekat api unggun badan kita terasa hangat karena adanya perpindahan kalor dari api unggun ke tubuh kita secara radiasi. Walaupun di sekitar kita terdapat udara yang dapat memindahkan kalor secara konveksi, tetapi udara merupakan penghantar kalor yang buruk (isolator). Jika antara api unggun dengan kita diletakkan sebuah penyekat atau tabir, ternyata hangatnya api unggun tidak dapat kita rasakan lagi. Hal ini berarti tidak ada kalor yang sampai ke tubuh kita, karena terhalang oleh penyekat itu. Dari peristiwa api unggun dapat disimpulkan bahwa: dalam peristiwa radiasi, kalor berpindah dalam bentuk cahaya, karena cahaya dapat merambat dalam ruang hampa, maka kalor pun dapat merambat dalam ruang hampa; radiasi kalor dapat dihalangi dengan cara memberikan tabir/penutup yang dapat menghalangi cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya.

4. Mencegah Perpindahan Energi KalorEnergi kalor dapat dicegah untuk berpindah dengan mengisolasi ruang tersebut. Misalnya, pada penerapan beberapa peralatan rumah tangga, seperti termos dan setrika listrik.a. Termos

Mengapa permukaan di dalam botol termos mengilap? Dindinnya berlapis dua ruang di antara kedua dinding itu dihampakan. Dengm demikian, zat cair yang ada di dalamnya tetap panas untuk waktu yang relatif lama. Termos dapat mencegah perpindahan kalor, baik secara konduksi, konveksi, maupun radiasi.b. Setrika Listrik

Mengapa pakaian yang disetrika menjadi halus atau tidak kusut? Di dalam setrika listrik terdapat lamen dari bahan nikelin yang berbentuk kumparan. Kurnparan nikelin ini ditempatkan pada dudukan besi. Ketika listrik mengalir, lamen setrika listrik menjadi panas. Panas ini dikonduksikan pada dudukan besi dan akhirnya dikonduksikan pada pakaian yang disetrika. Dengan demikian, setrika mengkonduksi kalor pada pakaian yang disetrika.

rumus utama dari rambatan kalor dalam suatu medium adalah :

U = c (U/t)

adalah operator diferensial vektor = (/x) i + (/y) j + (/z) k

U adalah kondisi (mis. suhu, energi, kerapatan, hambatan jenis listrik, dll)

t adalah waktu

c adalah tetapan (dibuat dalam bentuk kuadrat agar lebih mudah mentrasfernya ke notasi lain pada saat penarikan akar kuadrat)

Contoh Perpindahan Kalor dalam kehidupan sehari-hari

Konduksi (hantaran) - perpindahan panas pada sendok ketika sedang mengaduk air kopi yang panas - perpindahan panas pada setrika listrik - perpindahan panas pada solder - perpindahan panas pada panci/wajan

Konveksi (aliran) - perpindahan panas pada air yang sedang dipanaskan pada panci (karena massa jenisnya berkurang, air yg panas akan naik dan digantikan oleh air dingin yang berada di atasnya) - udara yang panas akan bergerak naik - arus air laut yang hangat/dingin - angin darat atau angin laut - aliran air pada radiator

Radiasi (pancaran) - pancaran panas matahari - pancaran panas dari lampu - pancaran dari microwave